СТА 2/2019

обработки позволяет сразу получить ре- зультаты, а возможность их модифика- ции позволяет пользователям быстрее разработать собственные алгоритмы усреднения. Пакет усреднения даёт воз- можность передавать данные с исполь- зованием RDMA напрямую в графиче- ский процессор для ПК под управлени- ем Linux или через ЦП для систем с операционной системой Windows. П РИМЕНЕНИЕ ДИГИТАЙЗЕРА В СОСТАВЕ ЛИДАРА ДЛЯ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ Вследствие активного индустриаль- ного роста изучение промышленных выбросов в атмосферу и их компонен- тов стало делом особой важности. На- пример, в Китае министерство охраны окружающей среды провело монито- ринг уровня содержания в атмосфере диоксида серы (SO 2 ) и оксидов азота (NOx), которые являются наиболее рас- пространёнными опасными вещества- ми, обнаруживаемыми вблизи про- мышленных зон. Мониторинг этих га- зов крайне важен, так как SO 2 вызыва- ет сильнейшее раздражение дыхатель- ных путей и глаз. Также SO 2 является основной причиной выпадения кислот- ных дождей, которые, помимо вреда для животных и растений, приводят к загрязнению воды и почвы. Китайский Нанкинский институт пе- редовых лазерных технологий (China’s Nanjing Institute of Advanced Laser Tech- nology) совместно с Нанкинским уни- верситетом информационных наук и технологий (Nanjing University of Infor- mation Science and Technology) разраба- тывают новейшую технологию актив- ного дистанционного зондирования для обнаружения загрязнения воздуха. Одним из инструментов, который осо- бенно полезен для обнаружения загряз- няющих газов, является лидар диффе- ренциального поглощения (DIAL – Differential Absorption LIDAR). Прин- цип DIAL заключается в том, что две разные длины волны лазера выбирают- ся таким образом, чтобы одна из длин волн поглощалась интересующими мо- лекулами газа, а другая – нет. Измеряя последующую разницу в интенсивности двух обратных лазерных сигналов, мож- но определить концентрацию исследуе- мого газа. Блок-схема DIAL показана на рис. 5. Исследовательская группа решила сосредоточиться на создании системы DIAL, работающей в средней инфра- красной области (MI-DIAL). Средняя зона инфракрасного излучения больше всего подходит для выявления пиков поглощения многих газов, включая ор- ганические и неорганические молеку- лы. Кроме того, эффективность погло- щения в средней инфракрасной зоне выше, чем у ультрафиолета, на 2–3 по- рядка, что повышает точность и расши- ряет диапазон измерений. Ключевыми элементами системы MI-DIAL являются детекторы VIGO- PVI-4TE с полосой пропускания 5 МГц и дигитайзер M2i.4960-exp компании Spectrum Instrumentation, который осу- ществляет обработку сигналов от детек- торов со скоростью 40 Мсэмпл/с и раз- решением 16 бит. Сам лазер выдаёт им- пульсы шириной 20 нс с частотой по- вторения импульсов 500 Гц. Данные, собранные дигитайзером, за- тем передаются на ПК, где они могут быть проанализированы. На рис. 6 по- казаны данные интенсивности спек- тральных линий трёх загрязняющих га- зов и фоновых веществ. З АКЛЮЧЕНИЕ Лидары уже достаточно прочно во- шли в повседневную жизнь. Различные лазерные системы безопасности, опре- деления расстояния и распознавания объектов используются и на бытовом уровне (лазерные дальномеры), и в про- мышленности (лазерные сканеры), и в роботизированных автономных систе- мах (лазерные дальномеры, распозна- ние объектов). Но возможности лида- ров гораздо больше, для их расширения необходимо применение функциональ- ных устройств обработки данных с датчиков лидара, например, таких как дигитайзеры компании Spectrum Instrumentation. Высокопроизводитель- ные дигитайзеры Spectrum в сочетании с технологией обработки данных на гра- фическом процессоре SCAPP помогут в мониторинге атмосферы земли, сейс- мологии, геодезии и геологии, а также во многих других отраслях. ● E-mail: ssacompany@mail.ru ОБ ЗОР / АППА РАТ НЫЕ С Р Е ДС Т В А СТА 2/2019 30 www.cta.ru Длина волны, мкм Линия интенсивности, см –1 / молекула · см 2 10 –20 10 –25 10 –22 10 –24 10 –20 10 –25 10 –20 10 –25 10 –20 10 –25 10 –20 10 –25 2 3 4 5 NO SO 2 NO 2 CO 2 CH 4 H 2 O 2,5 3,5 4,5 Рис. 6. Данные интенсивности линий трёх загрязняющих газов и фоновых веществ Зонд 2 Зонд 1 Контроль температуры Перестраиваемый средневолновой инфракрасный лазер Газопоглощающая ячейка Компаратор Рис. 5. Структурная схема оптической системы для спектрального анализа атмосферы